民用航空發動機軸承清洗技術研究

彭偉++李琳++梁霄

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.095

摘 要：軸承的清洗技術近年來快速發展，綠色、環保的清潔方式成為行業內發展的趨勢?，F代民用航空發動機軸承的清洗，必須從高起點進行發展，清潔、綠色、環保的清洗方式成為清洗技術發展的必然。本文論述了水基清洗劑、超聲波清洗技術在軸承清洗中的運用，介紹了水基軸承清洗線的流程，相關設備的組成、功能及水基清洗劑的選取，投產前的工藝驗證。

關鍵詞：軸承 水基清洗劑 超聲波清洗技術

中圖分類號：V233.45 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（a）-0095-03

Abstract： Recently，cleaning technology of bearing develops rapidly. The cleaning method of green and environmental protection becomes the trend of the development of the industry. The cleaning technology of modern civil aviation engine bearing must develop from a high starting point. The cleaning method of green and environmental protection becomes a necessarily of cleaning technology. The article illuminates the water-based cleaning agent and application of ultrasonic cleaning technology in cleaning bearing. It introduces the process of water-cleaning bearings， the composition of equipment and the choice of water-based cleaning agent. At last， it also introduces the process validation before putting into production.

Key Words： Bearings； Water-based cleaning agent； Ultrasonic cleaning technology

航空發動機轉子運轉轉速高，在減少發動機整機振動值，保證發動機安全、可靠的工作方面，軸承發揮著重要作用。清潔度是保證軸承質量的指標之一，清潔方式是達到清潔度標準的具體實施過程。航空發動機軸承屬于高精密零件，對于高精密零件的清潔度，清洗對提高產品質量、增強產品的可靠性、延長產品使用壽命等方面的作用已逐漸地被人們所認識。軸承清潔度的高低直接影響軸承的工作運轉環境，對提高航空發動機整機的安全可靠性意義重大。

在國內的軍機行業，對于軸承清洗，普遍采用汽油進行人工刷洗這一傳統方式，而在國外民機行業，軸承的清洗更多的是采用新型清洗方式，如超聲波水基清洗。目前，中國大力發展民用航空發動機產業，關于軸承清洗，應該從更高的起點開始發展，因此，必須走新型清洗方式這條道路。

1 傳統與新型清洗方式利弊對比

傳統與新型清洗方式的利弊，可分別從清洗方式、清洗介質兩方面進行分析對比。

1.1 清洗方式的對比

手工刷洗，通過用毛刷在軸承表面上的擦拭來剝離臟物，由液體帶走臟物實現的，此方法雖然可以將軸承清洗得比較干凈，但是對于軸承表面沾附力很強的油垢、微顆粒、研磨膏等雜質，則很難完全徹底清理干凈，對于盲孔、縫隙、窄溝槽、小孔處的污物更是清洗不掉。

相比手工涮洗，超聲波清洗技術作為一種新型的清洗工藝技術，在軸承行業受到越來越多的重視。超聲波無孔不入，能清洗幾何形狀復雜的物體和各種有微孔、盲孔、窄縫等的零部件，超聲波則具有如下幾個優點。

（1）清洗質量好。采用超聲波清洗技術，使軸承的清潔度得到提高，清洗效果好。

（2）效率高。超聲波清洗機適于大批量生產，清洗速度快，節省了清洗時間。

（3）勞動強度低。超聲波清洗能在生產線上一次性完成從內外環清洗到烘干的全過程，減少了中間環節、降低了勞動強度，減少了手工刷洗的體力勞動。

（4）成本低。超聲波清洗機配有自動循環過濾裝置，保證了清洗質量，延長了清洗液更換周期，既節省了清洗劑，又質量好、效率高，顯然使成本降低。

1.2 清洗介質的對比

用汽油來清洗軸承，在航空發動機行業應用較為普遍。但是汽油揮發性極強、閃點極低（汽油的閃點：-10℃，煤油的閃點：38℃），因此在使用中存在較大的安全隱患（必須在有防爆措施的環境中使用）；由于汽油還具有較強的刺激，而清洗過程中操作者不可避免的直接接觸皮膚，對使用者的健康也造成了較大的危害。

在汽油清洗軸承的過程中，會產生揮發，汽油揮發成蒸氣后的體積擴展為原來的幾十倍，當空氣中汽油蒸氣達到2%～7%時，遇到火花就會引起爆炸；汽油中含有的苯為致癌物，在生產環境中汽油以蒸氣形式經呼吸道吸收，同時還會穿過人體表皮滲入到肉體，對人的身體健康危害較大。

用水基清洗劑配制的清洗液的清洗效果與油類清洗劑相當，但水基清洗劑對人體危害小，對周圍的環境影響小，是綠色、環保的清洗方式，并且在國外民航業內有成熟的應用。

1.3 對比結論

基于以述兩方面的對比分析，生產中需用汽油、煤油的替代溶劑來進行清洗軸承。而這種汽油、煤油的替代品不但要求閃點高，而且不能使金屬零件產生腐蝕。經過廣泛的調研，并參考國內外同行業的經驗，認為水基清洗劑是一種很好的汽油、煤油的替代品。endprint

2 超聲波水基清洗技術

2.1 技術原理

（1）水基清洗劑：所有表面活性劑分子同時含有親油基團和親水基團。清洗時，表面活性劑分子的親油部分吸附在污垢上與其互溶，親水部分則滲透到工件與污垢之間，使界面張力下降并通過乳化、增溶、分散，有效阻止了污物再凝結。借助超聲波等物理作用，使污物脫離零件表面，分散到清洗液中，從而達到去污目的。

（2）超聲波：空化作用是指液體分子激烈碰撞產生非常強大的沖擊力，將被清洗物體表面的污物撞擊下來。這些無數細小而密集的氣泡破裂時產生沖擊波的現象。超聲波除了有空化作用，同時還有乳化、中和作用，能更有效防止被清洗掉的油污重新附著在被清洗物件上。

2.2 技術風險

水基清洗技術在國內航空系統內未能得到大量的應用，主要原因在于清洗環節易造成零件生銹。筆者認為，只要采用對常用金屬材料無腐蝕、防銹性能優良的清洗劑，并研究其清洗前后配套工藝方法及適用的材料種類，水基清洗技術完全可用于航空發動機上精密零件的清洗。

2.3 技術重點

2.3.1 濃度比例問題

用水基型清洗劑與去離子水混合配制的清洗液在清洗不同類型發動機時，兩者所占的比例是不同的。另外，配制好的清洗液必須滿足不腐蝕發動機的零部件及有關表面涂層的要求。參考有關國外資料，并根據試驗情況，確定用于航空發動機零件清洗的清洗液用航空特種表面水基清洗劑與去離子水混合配制而成，清洗液中溶劑濃度高低變化，對軸承最終的清洗效果有著直接的影響。經過試驗過程，總結出清洗劑在清洗液中所占的比例為5%～10%，清洗效果、清洗成本都較好，從而達到一個平衡。

2.3.2 清洗劑選擇問題

對水基清洗劑的選擇問題，主要從如下幾個方面進行考慮。（1）能有效地清除機件上的污垢、積炭和鹽漬；（2）清洗液對渦噴發動機機件表面無超過規定的腐蝕；（3）清洗液本身易于保管、運輸、儲存。

3 技術運用

通過上述分析，可知超聲波水基清洗技術可勝任航空發動機軸承的清洗。目前，我公司采購了一臺全自動超聲波軸承清洗機SC2641，清洗介質采用水基清洗劑，到目前為止，該設備運行良好。

3.1 設備組成

SC2641軸承清洗機，該設備上共有5個槽子，分別為超聲波除油槽（1號槽）、噴淋槽（2號槽）、冷水漂洗槽（3號槽）、脫水油槽（4號槽）、防腐油槽（5號槽）。每個槽子的尺寸均為680mm×600mm×650mm，主體材料為SUS304不銹鋼。該設備是全自動的，采用PLC可編程控制，可自動上料、退磁、自動換槽、自動下料等。設備的實物圖，見圖1。

3.2 清洗工藝路線

軸承的清洗工藝路線圖，見圖2。清洗前，先將軸承放到退磁機內進行退磁處理，退磁合格后，將待洗的軸承放入清洗籃筐，籃筐依次從1號槽、2號槽、3號槽、4號槽、5號槽進行清洗、處理，籃筐在每個槽位停留時間可在程序中直接設定，零件從進料、到出料全部實現自動化。

3.3 水基清洗劑的確定

3.3.1 清洗劑牌號的確定

水基清洗劑種類繁多，主要分為有機類和無機類，成份一般含有堿性清潔劑、防腐劑及潤濕劑。國內外有多個廠商（如德國漢高、德國Chemetal等）提供不同牌號規格專門針對不同材質、不同污染物的清洗劑（如Ardrox 185L、Turco 4181L、Cee-Bee J-84AL等），不同的清洗劑，適用的對象也千差萬別。對于航空發動機零部件，尤其是軸承，屬于特殊的零部件，則應參照標準HB5226進行選取，并且通過標準HB5227規定的各項試驗科目（腐蝕性試驗、濕熱試驗、清洗能力試驗、漂洗能力試驗）、外觀檢查及pH值的檢測后，方可選定出具體的針對性清洗劑牌號。

3.3.2 清洗液濃度的確定

從控制成本及漂洗、環保方面考慮，一般在達到清潔效果的同時盡量使用低濃度的清洗液，以試驗數據為基礎一般可從2.5%起開始使用，針對不同污染程度的零件，可適當提高濃度比例，但在可加溫的設備中使用一般不超過10%。對于清洗劑來說，達到一定比例濃度后，對同樣的污染物的清洗能力基本相同，但濃度的不斷提高會給漂洗帶來難度，如果設備漂洗的水量不足，則會因漂洗不凈而使溶劑殘留于零件表面，形成白斑，不僅影響外觀，而且時間長了會對零件本身產生進一步腐蝕。

3.4 清洗工藝驗證

對于科研階段的型號發動機，軸承清洗工藝必須經過清洗工藝驗證才可正式投產使用。

軸承清洗工藝定型前，選取3種不同的清洗劑，Ardrox 185L、Turco 4181L、Cee-Bee J-84AL，按照規定的濃度比例進行溶液配比，分別進行腐蝕性試驗、濕熱試驗、清洗能力試驗、漂洗能力試驗等共4個試驗科目。通過多輪反復的試驗效果分析，對比三種清洗劑的清洗效果，形成最終的試驗報告，并經資深專家評審通過后，正式納入到公司的生產體系中，超聲波水基清洗機才正式投產運營。

4 結語

盡管超聲波水基清洗技術在國內的軸承清洗行業還處于摸索階段，但是它以清潔、綠色、環保等優點必將成為未來軸承清洗技術發展的趨勢。超聲波水基清洗技術在軸承行業起步較晚，還有很多課題亟待研究開發，但它應用前景廣泛，可以肯定的是，它在軸承零件的清洗中將發揮越來越重要的作用。

參考文獻

[1] 柴惠華，滕霖，趙寶林.基于水劑清洗技術的航空精密零件表面質量控制策略與應用研究[J].中國質量，2013（1）：38-41.

[2] 金歡.使用ARDROX5503/1替代汽油、煤油對航空發動機零件進行清洗[J].中國高新技術企業，2011（7）：83-84.

[3] 李曉東，白宏偉.航空產品水清洗線的建立與應用[J].機械工程師，2016（1）：223-224.

[4] 閆志杰，陳薇，王唐超，等.標準件清洗工藝技術研究[J].航天工業管理，2014（S1）：97-99.

[5] 王秀軍，王連吉，徐文驥，等.軸承成品超聲清洗機的研制[J].機械設計，2006（1）：112-113.

[6] 張世華，張永吉，李磊.軸承成品超聲波清洗機[J].軸承，1998（4）：29-30.endprint